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        道路固化材料噴灑專用噴嘴在道路揚塵治理的應(yīng)用

        2020-09-29 06:55:08徐先亮李永強楊天賜李華君王恒軍
        科學技術(shù)創(chuàng)新 2020年29期
        關(guān)鍵詞:鴨嘴儲液降塵

        徐先亮 李永強 楊天賜 李華君 王恒軍

        (1、蘭州天際環(huán)境保護有限公司,甘肅 蘭州730070 2、甘肅省交通儲運揚塵治理工程技術(shù)研究中心,甘肅 蘭州730070)

        道路揚塵,是一種復合塵源,排放源多且復雜,主要來源于工業(yè)煤煙塵、建筑施工工地、各種塵粉的堆場以及沙塵暴,受城市局域風、道路清潔度、城市車輛速度和密度等影響,會產(chǎn)生二次揚塵,造成大氣環(huán)境粉塵顆粒物含量較高。常見的減少道路揚塵措施中,路面灑水降塵是一種有效的方式,但是噴水降塵這種方式有效期比較短,需要定期多次噴灑。隨著天氣逐漸變暖,灑水的量和次數(shù)也會增加。噴灑道路固化材料抑制揚塵,其用水量小,單次作業(yè)可持久數(shù)天,大大減少了人工強度、油耗及車輛損耗,避免長時間大面積灑水而造成的淡水資源浪費和道路損害[1]。

        1 技術(shù)概況

        一種道路揚塵固化材料自動噴灑設(shè)備,包括自走型載重汽車以及安裝在自走型載重汽車車身上的儲液罐、半自動投料系統(tǒng)、后置平臺、前部管路、后部管路和自吸泵,儲液罐上設(shè)有循環(huán)進水口、投料倉口、出水口和水流導流板,半自動投料系統(tǒng)包括投料滑軌、加料桶和投料動力組件,后置平臺上設(shè)有監(jiān)控設(shè)備、灑水槍;出水口與自吸泵相連,自吸泵通過循環(huán)管路與循環(huán)進水口相連接,循環(huán)進水口通入儲液罐中;儲液罐中的清水,在出水口、循環(huán)管路、循環(huán)進水口、儲液罐之間形成循環(huán),通過自吸泵加壓傳輸;投料動力組件安裝在加料桶的下底端,加料桶與投料滑軌滑接,投料滑軌安裝在儲液罐一側(cè),道路揚塵固化材料投加到加料桶中,由投料動力組件提供動力,沿投料滑軌將加料桶輸送至儲液罐上方,加料桶中的粉料,通過投料倉口投加到儲液罐中。

        2 灑水和噴灑固化材料降塵作用機理比較

        現(xiàn)有噴灑設(shè)備的噴嘴不適用道路固化材料的噴灑,鴨嘴形噴嘴出水量大時,扇形面大,浪費嚴重;出水量小時,壓力小,不能達到有效幅度;不能滿足道路一次全覆蓋的要求。三段式彎管前沖噴頭其流量小壓力大,沖擊水柱對道路固化材料形成的覆蓋膜有著破壞性效果。

        目前,在專業(yè)領(lǐng)域缺少相應(yīng)的專用噴嘴,且缺乏對現(xiàn)場應(yīng)用的噴灑參數(shù)與降塵效果的研究。

        降雨后利用雨水資源立即清掃洗刷道路積存的泥水,是避免道路泥土風干后反復形成揚塵較有效手段,同時能夠避免晴天時清掃形成揚塵,也能極大地節(jié)約清潔用水,是目前中國廣大城鎮(zhèn)應(yīng)當立即采取的措施。在硬化道路的設(shè)計和施工時注意嚴格采用合理的路面橫向坡度和道路邊緣排水設(shè)計,利用自然降水徑流沖刷清潔路面塵土,對于降低揚塵污染可以起到事半功倍的效果,是治理揚塵污染的重要長效措施。

        2.1 灑水

        為了減少道路揚塵,蘭州市常用路面灑水降塵的方法,定期對路面進行噴水,尤其是在熱天的時候噴水的次數(shù)和數(shù)量都有增加,

        我們曾對七里河區(qū)進行一些走訪和調(diào)研,該區(qū)的灑水降塵工作一般是從早上7 點開始,晚上23 點結(jié)束,幾乎是每40~60就需要對路面灑水1 次,由此推斷出全市一天要用水1 萬方水一般天氣晴朗的情況下,7 時~10 時的時間段,灑水車路面干燥需要90 分鐘,而在11 時~17 時,只需要20 分鐘,路面就干燥,17 時~23 時路面完全干燥需要60 分鐘左右。蘭州每年的降水量平均達到360mm,采用瀝青設(shè)計技術(shù)對建筑路面,抑塵灑水的用水量已經(jīng)超過了路面設(shè)計的承受量,每一次灑水都相當于0.5mm 降水,長時間水泡,加之汽車碾壓,會造成路面大面積裂縫,這就給市政道路的維修增加了成本。通過上述數(shù)據(jù),可以看出,灑水降塵的方法并沒有產(chǎn)生明顯的抑塵效果,同時還造成了巨大的水資源浪費,還影響了道路的使用壽命。同時,在冬季還會增加交通事故發(fā)生的幾率,給人們出行帶來不好的影響。

        2.2 噴嘴結(jié)構(gòu)對比

        現(xiàn)有灑水車一般采用的是鴨嘴型噴嘴、前沖噴頭、霧狀噴頭。

        扇形鴨嘴噴嘴的中間部位有一些突出來的形狀,末端是扁平的結(jié)構(gòu),因為抗壓性強,使得它可以在高壓水流中作業(yè),因為鴨嘴噴嘴口扁平又大的原因,所以它噴射出去的水流面積大。灑水車的兩側(cè)裝配有兩個大小相同的扇形鴨嘴噴嘴,因為灑水車每日所噴灑的水都很多,水的沖擊力很大,才能把水噴射的更遠,在由車體控制水流的壓力,壓力越大噴射的范圍越大距離越遠。但是,鴨嘴型噴嘴在噴灑道路固化材料時,不能達到有效覆蓋。在傳統(tǒng)灑水作業(yè)中,由于灑水強度大,灑水位置高,噴出的水對來往的汽車及行人造成一定的不良影響,若降低扇形噴嘴的高度,噴灑的距離將受到影響。同時,一旦中途停車,高沖擊力大流量出口往往不能及時停止作業(yè),仍有大量液體流出,造成浪費[2]。

        前沖噴頭實際是一種柱狀噴頭,噴出的水柱壓力大,沖擊力強,用來吹掃路面上的垃圾,減少環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度。但是,水柱壓力過大,容易將道路固化材料已經(jīng)在路面上形成的覆蓋膜破壞,降低固化材料的使用周期及抑塵效果。

        霧化噴頭,是將有壓水流通過噴頭噴射到空中,呈霧狀散落在路面上,可以有效的降低空氣中的浮塵,但是由于霧狀顆粒小,容易受到環(huán)境的影響,四處飄散。噴灑道路固化材料時,車速較快或風力較強時,會使噴出的液體四處飛散,不能實現(xiàn)有效路面全覆蓋。同時,霧化噴頭的孔眼較小,固化材料具有一定的粘結(jié)性,容易堵塞孔眼。

        對現(xiàn)有灑水車所使用的噴頭經(jīng)過對比后,我們發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有灑水車不能有效適用于道路固化材料的噴灑,需要開發(fā)一種城市道路揚塵固化材料新產(chǎn)品的快速噴灑設(shè)備,提高系統(tǒng)集成化水平,減少作業(yè)和實施環(huán)節(jié),減少路面噴灑作業(yè)對交通的影響,實現(xiàn)高效快捷的作業(yè)方式。新設(shè)備的主要核心還是噴嘴,需要一種可以快速高效噴灑,滿足全覆蓋要求的噴嘴。

        扇形噴嘴是一種噴霧形狀為多種角度的扇形的噴嘴。扇形噴霧形式,噴霧形狀邊沿界定十分清楚,精細工藝加工的導流平面提供了均勻的、高沖擊力的噴霧形狀。

        標準扇形噴嘴是能產(chǎn)生高沖擊力的液柱流或扇形噴霧、噴流角一般在45-135°之間。這種噴嘴產(chǎn)生的噴霧分布均勻,液滴大小為小到中等。當需要若干個噴嘴產(chǎn)生重疊噴霧時,具有特色的逐漸變細的噴霧邊使噴霧覆蓋區(qū)分布均勻。

        特殊定制的扇形噴嘴要求角度在5~15°之間,噴嘴角度小,可以在較小的水流沖擊力下噴射較大的距離。同時,可以達到有效的噴灑量。在距路面150~200mm 的高度,布置同一水平面多個扇形噴嘴,可以有效減少對車輛的污染,形成重疊噴灑,均勻覆蓋作業(yè)區(qū)域。

        2.3 合理性分析

        道路固化材料的噴灑是在現(xiàn)有灑水車的基礎(chǔ)上進行改裝,通過特定的噴嘴進行噴灑,達到全覆蓋道路路面的要求。噴嘴的選用須按照噴灑量、噴灑角、噴灑高度、噴灑距離進行比選。

        2.3.1 噴灑量

        噴灑道路固化材料應(yīng)有一定的施工效率,在一定的時間內(nèi)按單位面積噴灑量噴灑一定的寬度。道路固化材料是高分子化合材料,具有粘結(jié)性,因此作業(yè)時間一般設(shè)定在凌晨2 點至5點,作業(yè)區(qū)域大,作業(yè)時間短,這就要求在滿足單位面積噴灑量的同時,盡可能的提高施工作業(yè)效率。

        施工效率=作業(yè)面積/作業(yè)時間

        作業(yè)面積=噴灑幅寬*行駛距離

        作業(yè)時間=行駛距離/車速

        從以上三個公式可以看出,施工效率=噴灑幅寬*車速,在車速勻速的情況下,噴灑幅寬越大,施工效率越高。

        2.3.2 噴灑角度

        一般來說,噴灑角度越大,噴灑幅寬越大。但是,道路固化材料的噴灑作業(yè)場所主要是城市道路,道路存在不同的寬度。道路寬時,大角度噴灑效果卓越,道路窄時,大角度噴灑會將固化材料噴向人行道,甚至周圍的建筑上,造成固化材料的浪費,以及污染道路周邊環(huán)境。因此,噴灑角度應(yīng)可調(diào),根據(jù)不同的道路寬度,開啟不同的閥門,控制噴灑角度。

        2.3.3 受噴灑高度的影響

        道路固化材料具有一定的粘結(jié)性,為了減少對過往車輛的影響,將作業(yè)時間調(diào)整到凌晨,但仍會有個別的車輛經(jīng)過作業(yè)區(qū)域。對于這些車輛,我們將噴頭設(shè)置在距地150-200mm 的高度上,大大減少了對車輛的影響[3]。

        2.3.4 噴灑距離

        按照施工效率=噴灑幅寬*車速的公式,在車速勻速的情況下,噴灑幅寬越大,施工效率越高。噴灑距離越遠,幅寬也就越大。一般來說,灑水車是通過加大油門,來聯(lián)動噴灑泵,從而提高出水壓力,達到高揚程,遠距離的噴灑效果。但是,這樣不是常態(tài)動作,經(jīng)常這樣,對車輛、對泵、管道都有一定的超壓影響,時間久了,會管道變形,連接口泄露。正常的使用狀態(tài),應(yīng)該是油門勻速,噴灑泵平穩(wěn)運行。這時的噴灑距離才是穩(wěn)定數(shù)值。在平穩(wěn)的出口壓力下,選取合適的噴頭。

        表1 不同類型噴嘴的情況

        同管徑相連的噴嘴,噴灑量大小為鴨嘴>扇形>霧化>前沖;散射角度大小為鴨嘴>霧化>扇形>前沖;噴嘴受高度影響而導致噴灑距離縮減的程度為鴨嘴>霧化>扇形>前沖;勻速,同等壓力情況下,噴灑距離為前沖>扇形>鴨嘴>霧化。所以,從施工效率分析,扇形噴嘴的效果要優(yōu)于其他噴嘴。

        3 結(jié)論

        道路固化材料噴灑專用噴嘴的設(shè)計對傳統(tǒng)灑水車進行了技術(shù)革新,操縱非常簡單,僅通過在駕駛室內(nèi)置控制系統(tǒng)按鈕操作即可實現(xiàn)水泵的啟動、運轉(zhuǎn)、噴灑、關(guān)停,并且可以自由控制水泵流量及壓力,無需受制于擋位及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速??蓪崿F(xiàn)精確噴灑,罐體、管道加熱保溫,在噴灑過程中不受起步、駐車、換擋、倒車等影響,規(guī)避了傳統(tǒng)灑水車的技術(shù)缺陷。解決了非專用設(shè)備噴灑不均勻,無法適用各種氣候環(huán)境及路面狀況的缺點。從而達到節(jié)約水資源、降低綜合噴灑成本的優(yōu)點。

        總而言之,特制的扇形噴嘴通過不同形式的組織,可以運用在不同地區(qū),不同路面噴灑固化材料,提高施工作業(yè)效率,減少浪費損失,為城市揚塵控制技術(shù)提供技術(shù)及裝備支撐,為城市道路揚塵治理提供一種廉價高效和作用時間長的方法,以改變我國城市道路揚塵治理以灑水為主的現(xiàn)狀,從而避免長時間大面積灑水而造成的淡水資源浪費和道路損害,為綠色生態(tài)環(huán)境發(fā)展、社會進步做出積極的貢獻。

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